ADS412x/414x 超低功耗高速模数转换器系列总结

ADS412x/4x 是一系列12位/14位模数转换器（ADC），采样率最高可达250MSPS。这些器件采用创新设计技术，在1.8V供电下极低功耗的同时实现高动态性能。这些设备非常适合多载波宽带宽通信应用。

ADS412x/4x具有细微增益选项，可用于提升SFDR在较低全刻度输入范围，尤其是高输入频率下的性能。它们包括一个直流偏移校正环路，可用于取消ADC偏移。在较低采样率下，ADC自动以降低功率运行，性能不损失。

ADS412x/4x采用紧凑型QFN-48封装，适用于工业温度范围（–40°C至+85°C）
*附件：ads4126.pdf

特性

• 最大采样率：250MSPS
• 1.8V单电源的超低功率：
  • 201毫瓦总功率，160MSPS
  • 总功率265mW，250MSPS
• 高动态性能：
  • 信噪比：170MHz时为70.6dBFS
  • SFDR：170MHz时84dBc
• 采样率动态功率缩放
• 输出接口：
  • 双倍数据率（DDR）LVDS，具备可编程摆幅和强度
    • 标准摆幅：350mV
    • 低摆幅：200mV
    • 默认强度：100Ω 终端
    • 2倍强度：50Ω终端
  • 还支持 1.8V 并行 CMOS 接口
• 可编程增益最高可编程6dB，用于信噪比/SFDR权衡
• 直流偏移校正
• 支持低输入时钟幅度至200mVPP
• 包装：QFN-48（7毫米×7毫米）

参数

方框图

ADS412x（12 位）与 ADS414x（14 位）是德州仪器（TI）推出的超低功耗高速模数转换器（ADC）系列，核心优势为高采样率、优异动态性能与灵活配置，支持 160 MSPS~250 MSPS 采样速率，适配多载波通信、宽带信号采集等对功耗和性能均有严苛要求的场景。

一、核心产品参数

1. 基础性能指标

• 分辨率与采样率 ：ADS412x 为 12 位分辨率，ADS414x 为 14 位分辨率，无缺失码；采样率涵盖 160 MSPS（ADS4126/4146）与 250 MSPS（ADS4129/4149），支持低速模式（≤80 MSPS）自动降功耗。
• 动态性能 ：170 MHz 输入时，SNR 典型值 69 dB（12 位）、70.6 dB（14 位）；SFDR 典型值 82 dBc（12 位）、84 dBc（14 位）；THD 低至 - 79 dBc（12 位）、-80.5 dBc（14 位），两音互调失真（IMD3）低至 - 86 dBFS，动态表现稳定。
• 输入特性 ：差分输入带宽 550 MHz，满量程输入范围 2 VPP（0 dB 增益），输入阻抗＞1 MΩ，共模电压 0.95 V；支持 0 dB~6 dB 可编程增益（0.5 dB 步进），适配不同幅度信号采集。
• 精度指标 ：积分非线性（INL）典型值 ±0.25 LSB（12 位）、±2 LSB（14 位）；微分非线性（DNL）典型值 ±0.2 LSB（12 位）、±0.5 LSB（14 位），偏移误差 ±15 mV，温度系数低至 0.003 mV/°C。

2. 环境与封装

• 工作温度：-40°C~85°C（工业级），满足严苛环境应用；
• 封装形式：48 引脚 QFN 封装（7mm×7mm），RoHS 兼容，MSL 等级 3，峰值回流温度 260°C；裸露焊盘（PowerPAD）接数字地，提升散热与抗干扰性能；
• ESD 防护：人体模型（HBM）±2 kV，防护性能可靠；
• 功耗：1.8 V 供电下，160 MSPS 模式典型功耗 201 mW，250 MSPS 模式典型功耗 265 mW，全局断电模式功耗低至 10 mW，待机模式功耗 185 mW。

二、关键功能特性

1. 灵活配置与校准功能

• 增益与偏移调整：0 dB~6 dB 可编程增益（0.5 dB 步进），满量程范围随增益反比例缩放；内置 DC 偏移校正环路，校正范围 ±10 mV，支持校正时间常数编程与校正值冻结。
• 工作模式切换：支持低延迟模式（默认， latency 10 时钟周期）与数字功能模式（启用增益、偏移校正等， latency 16~17 时钟周期），适配不同实时性需求。
• 自测试功能：内置全 0、全 1、交替码、数字斜坡等测试图案输出，便于系统链路调试；支持超量程指示（OVR 引脚），实时反馈输入信号过载状态。

2. 输出与接口

• 输出接口：支持 DDR LVDS 与并行 CMOS 双接口，LVDS 支持标准（350 mVPP）/ 低（200 mVPP）摆幅切换，CMOS 输出适配 FPGA/ASIC 直接采集；数据格式支持二进制补码与偏移二进制，可通过引脚或寄存器配置。
• 时钟输入：支持差分（正弦波、LVPECL、LVDS）与单端（LVCMOS）时钟输入，时钟幅度低至 0.2 VPP，兼容多种时钟源；内置 5 kΩ 共模电阻，支持 AC 耦合驱动。

3. 功耗管理

• 动态功耗缩放：采样率降低时自动降低功耗，低速模式（≤80 MSPS）功耗显著降低，无性能损失；
• 多断电模式：支持全局断电（ADC + 参考 + 输出缓冲均断电）、待机（仅 ADC 断电）、输出缓冲单独断电，适配不同功耗优化场景。

三、应用与设计要点

1. 典型应用场景

• 通信系统：多载波基站、软件无线电（SDR）、宽带射频接收机；
• 信号采集：高速数据采集卡、宽带示波器、医疗成像设备；
• 消费电子：高端机顶盒、射频信号处理模块。

2. 硬件设计建议

• 供电与去耦 ：模拟电源（AVDD）与数字电源（DRVDD）均为 1.8 V，需独立供电，电源引脚就近放置 0.1 μF 陶瓷电容去耦，模拟地与数字地单点连接，减少噪声耦合。
• 输入驱动：模拟输入需差分驱动，推荐串联 5Ω~15Ω 电阻抑制寄生振荡；输入共模电压需匹配 0.95 V（VCM 引脚输出），高带宽场景建议采用 1:1 变压器耦合。
• 布局规范：模拟区域与数字区域严格分区，时钟线与模拟信号线远离；裸露焊盘（PowerPAD）必须焊接至接地平面，提升散热与接地性能；LVDS 输出线建议阻抗控制为 100Ω，CMOS 输出负载电容≤5 pF。

3. 软件与配置

• 控制接口：支持 SPI 串行接口（最高 20 MHz 时钟），可配置 16 个控制寄存器，实现增益、偏移、工作模式等参数调整；支持寄存器读回功能，便于故障诊断。
• 校准操作：偏移校正需先禁用低延迟模式，通过寄存器启用校正环路并配置时间常数；增益调整后建议重新校准，确保精度性能。
• 模式配置：通过 DFS 引脚可快速选择输出接口（LVDS/CMOS）与数据格式，OE 引脚控制输出缓冲使能，SDATA 引脚可配置待机模式，适配快速系统配置。

四、产品优势与选型适配

• 核心优势：超低功耗设计，250 MSPS 模式功耗仅 265 mW，远低于同类产品；550 MHz 宽输入带宽支持高频信号直接采样；灵活的增益、接口与断电配置，适配多样化应用场景；14 位版本提供更高精度，满足严苛信号采集需求。
• 选型建议：12 位需求选 ADS412x 系列，14 位高精度需求选 ADS414x 系列；160 MSPS 采样率需求选 ADS4126/4146，250 MSPS 高采样率需求选 ADS4129/4149；低功耗优先场景优先启用低速模式与断电功能。